SPOIW GIPSOWYCH
5.5. Wyniki badań i rezultaty analiz
5.5.4.4. Analiza składu granulometrycznego gipsu budowlanego z surowców naturalnych
i syntetycznych z różnych technologii produkcji
Właściwą i precyzyjną ocenę porównawczą uziarnienia spoiw można przeprowa-dzić dopiero na podstawie badań składu granulometrycznego, uzyskanego metodą lase-rową, dającą możliwość analizy zawartości frakcji składowych w zakresie ziaren drob-nych i bardzo drobdrob-nych (Wirsching [348]). W przypadku cementu istnieje pogląd, że aż 60% powierzchni właściwej zapewniają frakcje drobne poniżej 3 μm (dokumentacja aparaturowa firmy Malvern Instruments), co można oszacować na podstawie wzoru (5.17).
Podane na rysunku 5.6 krzywe rozkładu uziarnienia losowych prób dostaw ryn-kowych gipsu budowlanego, wykonanych z surowców z tego samego jednorodnego złoża, ale z różnej technologii produkcji przmysłowej z okresu 1990–2004, wskazują na duże zróżnicowanie charakterystyki uziarnienia i stopnia domielenia (tab. 5.9).
Powierzchnia geometryczna ziaren (tab. 5.9, kol.7) obliczana jest według wzoru:
∑
= ρ = n 1 i i i p d 6 SSC (5.17) gdzie: ρ – gęstość materiału w g/cm3,di – ekwiwalentna średnica ziaren danej frakcji w cm, pi – zawartość procentowa frakcji składowej w całej próbie.
Stopień domielenia i skład uziarnienia zależy od maszyn i technologii rozdrabnia-nia, a także ogólnie od: twardości skał, właściwości wsadu, czasu domielania (Lehman, Mathiak, Kurpiers [170, 171]). Gipsy budowlany i szpachlowy, których krzywe uziarnie-nia podano na rysunkach 5.6a, 5.6b, były domielane w klasycznych młynach kulowych. Gipsy budowlane z charakterystyką składu ziarnowego podaną na rys. 5.6c i 5.6d, zosta-ły domielone w aktualnie zmienionej technologii mzosta-łynów walcowych, pozwalającej na osiągnięcie regulowanego stopnia domielenia (Nowak [227, 228], Zisselmar [362]).
Analiza porównawcza charakterystyki uziarnienia prób gipsów, podanych na ry-sunku 5.6, prowadzi do stwierdzeń podanych poniżej:
− W technologii młynów kulowych uzyskiwano wysokie powierzchnie geometryczne (SSC = 1245 m2/kg dla gipsu budowlanego (GB-N1) i SSC = 1770 m2/kg dla gipsu szpachlowego) i towarzyszące niskie wartości średnic ziaren d50, równych: 10,17 μm dla gipsu budowlanego i tylko 5,52 μm dla gipsu szpachlowego. Równocześnie w przypadku gipsu budowlanego wystąpiła wyraźnie obecność ziaren grubych: powy-żej 200 μm o zawartości 6,52%, w próbie losowej jak na rysunku 5.6a, i o zawartości 4,5–8% w próbach losowych jak podano na rysunku 5.5. Są to zawartości poniżej wartości dopuszczalnych 15% według BN-89/6733-12 [371]. Gipsy budowlane do-mielone w tej technologii cechują się obecnością ziaren frakcji 1–2 mm, a nawet frakcji 2–4 mm (rys. 5.4, 5.5), z zawartością ziaren powyżej 1 mm przekraczającą w niektórych losowych próbach próg dopuszczalny 0,5% (rys. 5.5).
Rys. 5.6. Uziarnienie gipsu budowlanego z surowców naturalnych, losowe próby dostaw rynko-wych w okresie 1990–2004
Fig. 5.6. Natural building plaster graining, random attempts of market supplies in the period of 1990–2004
Rys. 5.7. Zestawienie porównawczych krzywych uziarnienia cementu i dwóch losowych prób gipsu półwodnego syntetycznego z odsiarczania spalin
Fig. 5.7. Set of comparative grain size distribution curves of cement and two random samples of semi-hydrate synthetic gypsum plaster from flue gas desulphurisation
Bardziej domielone gipsy szpachlowe cechowały się uziarnieniem zawężonym do wymiaru maksymalnego 100 μm (rys. 5.6b) i spełniały wymogi normowe [366, 420] w zakresie uziarnienia (załączniki tab. Z-1 i Z-3).
Gipsy budowlane GB-N3, jak na rysunkach 5.6c i 5.6d, uzyskane w nowej nologii młynów walcowych, cechują się mniejszą powierzchnią geometryczną wiednio 248 m2/kg i 494 m2/kg), większymi wartościami średnicy ziaren d50 (odpowied-nio 22,21 μm i 15,88 μm). Mniejsza powierzchnia właściwa wpływa korzystnie na
żenie wodożądności spoiwa. Różnice w uziarnieniu dwóch losowych prób z dostaw ryn-kowych gipsu GN-N3, jak na rysunkach 5.6c i 5.6d, związane są z poszukiwaniem malnego składu granulometrycznego gipsu półwodnego. Różnice te dotyczą zarówno stopnia domielenia SCC, jak i pasma uziarnienia z ograniczeniem do dmax < 400 μm (dla próby jak na rys. 5.6c) i do dmax < 100 μm (dla próby jak na rys. 5.6d).
Tabela 5.9 Table 5.9 Charakterystyka uziarnienia spoiw gipsowych z surowców naturalnych i gipsów syntetycznych,
w porównaniu do cementu portlandzkiego CEM I 32,5 R
Characteristics of graining of natural gypsum plaster and synthetic gypsum plaster, in comparison to CEM I 32,5 R. Portland cement
Lp. No Rodzaj spoiwa Type of binder Uziarnienie spoiwa Binder graining d0,1 μm dμm 0,5 dμm 0,9 dμm max mSSC 2/kg 1 2 3 4 5 6 7
1. Gips budowlany GB-N1 Building plaster GB-N1 1,85 10,17 143,5 400 1245 2. Gips szpachlowy Spatula gypsum 1,43 5,52 18,13 100 1770
3. Gips budowlany GB-N3 IX 2003 Building plaster GB-N3 IX 2003 2,02 22,21 125,0 400 249 4. Gips budowlany GB-N3 III 2004 Building plaster GB-N3 III 2004 1,99 15,92 75,54 200 494
5. Synthetic gypsum plaster GS-K 15,79 43,13 78,13 140 Gips syntetyczny GS-K 290 6. Synthetic gypsum plaster GS-B Gips syntetyczny GS-B 33,25 79,27 134,85 200 150 7. Cement CEM I 32,5 R Cement CEM I 32,5 R 1,90 14,00 63,1 150 605
Znacznie uległa poszerzeniu problematyka uziarnienia spoiw gipsowych po wejściu na rynek gipsowych spoiw syntetycznych, uzyskiwanych z odsiarczania spalin w technologii mokrej wapniowej (Osiecka [242]).
Na rysunku 5.7b i c podano – dla celów porównawczych – charakterystyki uziarnienia dwóch losowych dostaw spoiw gipsowych syntetycznych, przeznaczonych do produkcji płyt gipsowo-kartonowych. Technologia produkcji płyt G-K, z rdzeniem z zaczynów gipsowych, wymaga stosowania gipsów o relatywnie szybkim czasie hydratacji, niedużej wodożądności, w celu uzyskania wyższych przyrostów wytrzymałościowych rdzenia gipsowego i ograniczenia zmian liniowych w procesie
Średnice sprowadzone d50 dla podanych gipsów syntetycznych wynoszą kolejno 43,13 μm i 79,27 μm i mieszczą się one w zakresie optymalnym dla technologii płyt G-K w przedziale 30–75 μm, i z ograniczeniem obecności zawartości ziaren powyżej 100 μm. Ziarna większe mogą bowiem nie ulec całkowitej hydratacji, w relatywnie krótkim czasie przebiegu płyt do pieców wysuszających i byłyby wtrąceniem osłabiającym strukturę kompozytu dojrzałego rdzenia gipsowego. Charakterystyki gipsów syntetycznych, podane na rysunku 5.7b i c, spełniają właśnie specyficzne wymogi spoiw gipsowych do produkcji płyt G-K.
Gipsy syntetyczne o drobniejszym uziarnieniu mają zastosowanie do produkcji konfekcjonowanych zapraw tynkarskich gipsowych i gipsowo-wapiennych.
Na rysunku 5.7a podano porównawczą krzywą uziarnienia cementu portlandzkiego CEM I 32,5 R, z parametrami: d50 = 14,00 μm i SSC = 605,4 m2/kg. Charakterystyka uziarnienia prezentowanej losowej próby cementu, rozdrabnianego w technologii młynów kulowych, jest zbliżona do charakterystyk uziarnienia gipsów budowlanych, podanych na rysunku 5.6.
Zbiorcze zestawienie krzywych uziarnienia analizowanych spoiw gipsowych z surowców naturalnych i syntetycznych oraz porównawczo cementu CEM I 32,5 R, podano na rysunku 5.8.
Rys. 5.8. Zestawienie krzywych uziarnienia dla spoiw gipsowych i porównawczo dla cementu CEM I 32,5 R, badanych metodą analizatorów laserowych
Fig. 5.8. Comparison of grain size distribution curves for gypsum plaster, and comparatively for CEM I 32,5 R cement, tested by means of laser analyser method
Z podsumowania analiz wyników badań uziarnienia spoiw gipsowych metodą la-serową wynika jednoznaczny wniosek, że wymagania stawiane spoiwom gipsowym w aktach normatywnych (tablice Z1–Z5 w załączeniu do pracy, zawierające ograniczenia pozostałości na sitach 0,2 i 1,0 mm) są wysoce nieprecyzyjne, ujmują jedynie problem w zakresie ograniczenia frakcji górnych. Brak jest wymogów w zakresie przedziałów wartości ziaren sprowadzonych d50 i d10, a przede wszystkim w zakresie powierzchni właściwej, która ma ważne znaczenie technologiczne w aspekcie informacji o potencjal-nej wodożądności zaczynów, skurczu w trakcie wysychania oraz czasie wiązania.
Dostępność techniki laserowej, w zakresie oznaczeń składu ziarnowego i powierzchni geometrycznej SSC, powinna być bodźcem do sformułowania bardziej precyzyjnych i reprezentatywnych wymagań normatywnych dotyczących uziarnienia spoiw gipsowych, ze zróżnicowaniem tych wymogów stosownie do ich przeznaczenia i zastosowań w budownictwie. Powyższe uwagi krytyczne dotyczą także aktualnych norm europejskich PN-EN [443, 444, 446, 447] oraz norm wprowadzanych prEN 13279-1 [445].